【已编译 请审查员审阅】科学:中美科学家共同解析四膜虫呼吸链结构 揭示真核生物核心代谢的多样性

来源：100医疗网原创2022-04-05 10336021

在一项新的研究中，来自中国浙江大学医学院和美国加州大学戴维斯分校的研究人员发现，作为一种微小的单细胞生物，四膜虫有一个惊人的秘密：它的呼吸作用——利用氧气产生细胞能量。

2022年4月5日/BIOON/-在一项新的研究中，来自中国浙江大学医学院和美国加州大学戴维斯分校的研究人员发现，作为一种微小的单细胞生物，四膜虫原本隐藏着一个惊人的秘密：它的呼吸作用——利用氧气产生细胞能量——不同于植物、动物或酵母等其他生物。这一发现凸显了新技术在结构生物学中的力量，并揭示了我们对生命之树一个主要分支的理解差距。相关研究成果于2022年3月31日在线发表在《科学》杂志上，标题为《四面体的呼吸链结构揭示真核核心冶金的多样性》。

论文的共同主要作者、加州大学戴维斯分校分子和细胞生物学系博士后研究员玛丽亚马尔多纳多(Maria Maldonado)说，我们最初认为我们通过研究其他生物了解了呼吸作用，但这项新研究向我们展示了我们仍有多少不了解。

四膜虫是一种自由生活的单细胞生物，通常通过拍打它们的纤毛在池塘周围安静地游动。和我们一样，它们也是真核生物，它们的遗传物质存在于细胞核中。它们属于一个巨大而多样的生物群，叫做SAR超群。除了少数例外，如恶性疟原虫，对SAR超群的研究很少。马尔多纳多说，它们在生物圈中占有很大的比重，但我们对它们的思考并不多。

论文作者、加州大学戴维斯分校生物科学学院分子和细胞生物学助理教授詹姆斯莱茨(James Letts)表示，与所有其他真核生物和一些细菌一样，四膜虫通过呼吸消耗氧气来产生能量。

线粒体中的电子传递链，图片来自wikidoc.org。

氧气出现在涉及呼吸的一系列化学反应的终点。电子穿过位于线粒体内膜中称为嵴的结构中的蛋白质链。这导致氧和氢原子形成水，并将质子泵过细胞膜，进而导致ATP的形成，ATP是细胞的化学能量储存单位。这种电子传递链是人类和其他真核生物基于氧的呼吸的基础。

生物学中的新方法

Letts说，有一些线索表明，四膜动物的电子传递链存在一些差异。上世纪七八十年代，科学家发现其携带电子的蛋白质——细胞色素c——和电子传递链末端的耗氧酶——具有与动植物不同的功能。直到现在，还不清楚这些酶在四膜虫中如何或为什么不同，因为这些酶在其他真核生物中是保守的。

论文的共同第一作者、浙江大学医学院的马尔多纳多、莱茨和周龙利用结构生物学中的一种新方法揭示了四膜虫的电子传递链。这些方法包括低温电子显微镜的结构蛋白质组学方法，即可以在混合样品中同时发现大量蛋白质的结构。

低温电子显微镜将样品冷冻到非常低的温度，从而产生接近原子分辨率的图片。这些作者没有对单一的纯化蛋白质进行成像，而是使用从线粒体膜中分离的混合样本，然后教授一种算法来识别相关结构。

通过这种方式，这些作者能够扫描数十万张蛋白质图片，并以接近原子的分辨率识别三种大组合中277种蛋白质的结构。这些蛋白质代表四膜虫的电子传递链。其中一些蛋白质在已知的四膜虫基因组数据库中没有匹配的基因，这表明现有的参考基因组中肯定存在缺口。

Letts说，通过揭示我们对一种相当常见的生物体的知识差距，这项新研究显示了我们在生物多样性方面的盲点。他说，这也显示了这些新方法作为结构生物学发现工具的潜力。(100yiyao.com 100医疗网)

参考资料：

1.周龙等人。科学，2022，doi :10.1126/science . ABN 7747。

2.新技术解开四膜虫呼吸之谜

https://phys . org/news/2022-03-科技-神秘-呼吸-四膜虫属. html

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